緬甸耶瓦水電站計算機監控系統現地控制單元的改造

張顯兵，劉曉波，姚維達

（中國水利水電科學研究院自動化所，北京 100038）

0 概述

緬甸耶瓦水電站（Yeywa）是緬甸已建的最大電站，2011年占緬甸主干電網負荷容量的60%左右，在緬甸電網中具有舉足輕重的地位。耶瓦水電站位于緬甸中部曼德勒省境內依洛瓦底江的一級支流米坦格河下游，距西偏北方向的曼德勒市50 km(直線距離)。耶瓦水電站安裝4臺195 MW的立式混流式水輪發電機組，電站以230 kV接入緬甸主干電網，共4回出線。耶瓦水電站承擔電網基荷，首臺機組2010年初投產，2010年12月全部機組并網發電。

原監控系統采用國外某公司組態軟件，于2010年2月隨第一臺機組投產而同步投運。原系統由主站和現地控制單元（LCU）構成。投運一年來，多次出現事故停機，而原系統無法記錄引發停機的故障信號，無法查出停機原因，不利于事故分析與排除，對緬甸電網的安全性造成了很大的影響。2011年初，業主決定采用北京中水科水電科技開發公司的H9000 V4.0監控系統，對原系統進行改造和完善。

1 改造原則

（1）可靠性

LCU的主要設備，如以太網絡設備、電源等均采用冗余配置。控制系統采取現地、遠方兩種控制模式對機組進行控制。當計算機控制系統廠站層及現地工控機故障或計算機控制系統廠站層與LCU的通訊中斷時，操作人員可以在現地控制模式下，通過LCU盤柜上的把手及按鈕對機組進行控制。提高了機組開停機的可靠性和靈活性，符合控制系統危險分擔的原則。

（2）開放性

采用國際標準，國家標準和行業標準，提高系統的開放性。選用標準化的產品和技術，為備品備件及后續的升級擴展提供方便。

（3）獨立性

LCU采用分布式結構，取消信號擴展布線回路，減少不同單元間的關聯性。

（4）經濟性

充分考慮合理利用原有LCU設備，以降低改造費用。保留原有系統中性能較好的設備，更換部分設備，以優化連接結構和方式。

（5）簡便性

采用清晰的流程結構，使用模塊化設計，以便于運維人員的操作和維護。

2 改造內容

2.1 網絡結構

原系統LCU采用施耐德Unity Quantum PLC，施耐德一體化工控機，PLC與工控機之間采用串口連接，PLC通過一路光纖和一路RJ45轉光纖與上位機連接，溫度巡檢裝置直接通過光纖與上位機連接。

新系統采用100 M雙以太網結構，在保留原有的PLC、工控機、溫度巡檢的基礎上，增加兩個4RJ45口的MOXA交換機，交換機與上位機操作員站采用100 M光纜通訊，與現地PLC、工控機、串口通訊器采用雙絞線連接，形成雙星形網絡，溫度巡檢裝置通過串口與串口通訊器連接.機組LCU網絡結構圖如圖1示:

圖1 耶瓦水電站機組LCU網絡結構圖

2.2 設備供電

原系統各LCU配置了4塊24 V電源裝置，為單路進線，兩路廠用交流進線和兩路UPS直流進線分別為其供電。4塊電源裝置分別供電給PLC模塊、I/O回路、光纖收發器、備用，全部I/O回路(中斷量、開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸出)的電源由一個空開控制。

新系統調整了電源裝置的用途，各選取進線分別為廠用交流和UPS直流的2塊電源裝置，配置形成2路冗余24 V回路，一路為PLC模塊和交換機供電，另一路供給I/O回路，并對各個I/O回路分配獨立的空開。

2.3 控制流程

原系統機組LCU控制流程采用LD（梯形圖）的方式，對機組開機過程缺少監視，對引起機組停機的信號沒有記錄，對3種類型的事故停機沒有區分開。設計中機組還應具備調相功能，原流程沒有實現機組的調相態及調相態與其它工況的相互轉換。

新系統的機組LCU流程采用了SFC（順序功能圖）與FBD(結構功能塊)相結合的編程方式。流程各個控制對象，建立單獨的程序段進行控制，對機組定義5種狀態：準備態、空轉態、空載態、發電態、調相態。使用以“步”為基本元素的SFC語言，實現機組單步開停機（包含手動模式和自動模式），監視開停機流程的各步動作狀態和各步運行時間。機組開停機流程分為6段SFC程序段:

（1）開機流程:實現機組在5種狀態中的正邏輯轉換，準備態轉空轉態、準備態轉空載態、準備態轉發電態、準備態轉調相態、空轉態轉空載態、空轉態轉發電態、空轉態轉調相態、空載態轉發電態、空載態轉調相態、發電態轉調相態。

（2）正常停機流程：實現機組在4種狀態中的反邏輯轉換、發電態轉空載態、發電態轉空轉態、空載態轉空轉態、空載態轉全停態、空轉態轉全停態。

（3）快速停機流程:分為一類快速停機流程和二類快速停機流程，分別實現電氣故障和非電量故障引起的事故停機。

（4）緊急停機流程:實現機械故障引起的事故停機。

（5）調相轉發電流程:實現機組由調相態轉發電態。

（6）調相停機流程:分為調相狀態下的正常停機、一類快速停機、二類快速停機、緊急停機。如圖2示:

圖2 機組停機的SFC單步控制流程

2.4 溫度量的處理

原系統機組LCU程序中，RTD采集得到的三部軸承溫度值，沒有經過任何處理，單點溫度過高即直接作用于停機。

新系統增加了對RTD數值的判斷，處理后可信的溫度值參與控制。增加對每個RTD通道質量的閉鎖判斷，對RTD可信值的判斷，當判斷溫度通道中斷或溫度超過可信值時，此溫度不參與控制。

2.5 LCU之間的數據交換

原系統機組LCU和進水口LCU之間的數據交換由上位機轉發的方式完成，開關站LCU通過手動盤的繼電器擴展到機組LCU。

新系統采用LCU之間直接通訊的方式，實現各LCU之間數據的直接讀寫。應用QuantumPLC網絡模塊(NOE77101)支持I/O Scanner的功能，簡單方便地實現LCU之間的直接通信。

2.6 黑啟動功能

新系統充分考慮了耶瓦電站在緬甸電網崩潰，全廠交流廠用電消失的情況下，利用柴油發電機，啟動機組，恢復廠用電。

廠用電消失后，廠用UPS直流維持公用LCU運行，公用LCU自動下令對400 V廠用電系統進行倒閘操作，啟動柴油發電機，為400 V母線送電，從而給機組油氣水等輔助設備供電。并倒送至進水口11 kV母線，提升進水口閘門。機組LCU給調速和勵磁系統分別下達“孤網運行令”和“零起升壓令”，機組啟動到達空載狀態后，公用LCU再次進行倒開關操作，切除柴油發電機，機組帶廠用電運行。

3 較原系統改進的方面

新系統LCU的設計，在盡最大限度的保留了原系統的設備的前提下，調整了電源分配，優化了網絡結構，精進了控制程序，從而使控制系統的安全性、可靠性、可維護性得到質的提升，具體體現在以下方面：

（1）工控機采用雙以太網與PLC連接，較原工控機采用串口通訊，運行穩定可靠，數據采集速度大幅提高。

（2）調整了電源分配，實現了LCU設備及I/O回路的冗余供電，為調試檢修提供了很大便利，同時提升系統的可靠性。

（3）對流程的優化，大大提高了操作的靈活性實用性，為耶瓦水電站實現無人值班(少人值守)提供了可靠的保障。機組在停機、空轉、空載、發電、調相幾種狀態間可以任意轉換，一鍵到位。

（4）LCU之間直接通訊，簡化了硬件回路，提高了LCU的獨立性。

（5）溫度量的處理，排除了假信號，避免了機組頻繁的事故停機。

（6）機組黑啟動功能的實現，降低了緬甸的用電安全風險。緬甸電網容量比較小，頻率經常在46 Hz到56 Hz的范圍內大幅波動，電網經常面臨崩潰的危險，機組具備黑啟動功能，對耶瓦水電站的安全運行，對緬甸電網的穩定，有著關鍵性的作用。

4 結語

耶瓦水電站監控系統LCU的優化，大幅提高了機組運行的可靠性，安全性。目前，耶瓦水電站已完成全部監控系統改造優化工作并投運，2012年1月通過現場驗收，至今運行穩定，得到了用戶的好評，取得了良好的社會、經濟效益。

[1]張 煦，劉曉波.以太網I/O掃描通信技術在監控系統中的應用[J].水電站機電技術，2009，32（3）：26-27.

[2]張 捷，張顯兵，汪華強.緬甸瑞麗江項目計算機監控系統現地部分的實現 [J].水電站自動化與大壩監測，2009，33（5）：16－19.

[3]姜永富，沙永兵，劉曉波，等.五強溪水電廠監控系統改造設計與應用[J].水電站機電技術，2008，31（3）：78－81.